Новое исследование гарвардских ученых, изучающих загадку воды и жизни на древнем Марсе, обнаружило несколько химических механизмов, которые, вероятно, способствовали формированию более теплой и влажной среды, способной поддерживать жизнь.
Предыдущие теории пытались объяснить, как Марс мог сохранять воду на своей поверхности достаточно долго, чтобы поддерживать эволюцию жизни миллиарды лет назад благодаря обилию водорода в атмосфере. Когда водород смешивается с углекислым газом, он может вызывать более длительные периоды парникового потепления. К сожалению, ученые до сих пор не могут объяснить, как водород, который имеет короткий срок существования, мог постоянно возобновляться в достаточных количествах.
Теперь исследовательская группа из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS), по-новому взглянувшая на загадку воды и жизни на древнем Марсе, считает, что она определила химические механизмы, которые могли обеспечить теплый и влажный Марс в течение нескольких длительных периодов.
Они также предполагают, что доставка домой образцов, собранных марсоходом НАСА Perseverance в рамках вызывающей много нареканий миссии Mars Sample Return Mission, которая пережила несколько фальстартов, переносов, перенаправлений и перезапусков, может стать материальным подтверждением их выводов уже в следующем десятилетии.
«Ранний Марс — это потерянный мир, но его можно реконструировать в мельчайших деталях, если задавать правильные вопросы», — пояснил в своем заявлении Робин Вордсворт, профессор экологии и инженерии Гордона Маккея в SEAS. «В этом исследовании впервые синтезированы химия атмосферы и климат, что позволяет сделать новые поразительные прогнозы, которые можно будет проверить, когда мы вернем марсианские породы на Землю».
Моделирование тайны воды и жизни на древнем Марсе
Хотя Марс технически вращается в обитаемой зоне Солнца, где он получает достаточно радиации для поддержания жидкой воды на своей поверхности, в настоящее время планета почти полностью засушлива. Тем не менее, за последние три десятилетия несколько марсоходов, орбитальных аппаратов и обсерваторий собрали доказательства, указывающие на наличие на Марсе древних океанов, подземных озер и скрытых рек. Это несоответствие оставило ученых в некотором роде загадкой, особенно учитывая условия, существовавшие в Солнечной системе миллиарды лет назад.
«То, что на Марсе была жидкая вода, было большой загадкой, потому что Марс находится дальше от Солнца, а также потому, что Солнце на ранних этапах было слабее», — говорит Даника Адамс, постдоктор НАСА имени Сагана и ведущий автор статьи, в которой излагаются результаты работы команды. Тем не менее, Адамс признала, что огромное количество данных, подтверждающих существование теплой и влажной планеты, поставило ученых перед необходимостью объяснить загадку воды и жизни на древнем Марсе.
Надеясь объяснить это несоответствие на основе предыдущих исследований, в которых атмосферный водород предлагался в качестве решения проблемы, Адамс использовал методы фотохимического моделирования, аналогичные тем, которые применяются для отслеживания загрязняющих веществ в атмосфере Земли. В частности, исследователь использовал модель KINETICS, чтобы смоделировать, как водород и другие газы в древней марсианской атмосфере взаимодействовали с землей и воздухом. Полученная модель выявила несколько убедительных условий, подтверждающих постоянное присутствие водорода в атмосфере планеты.
Например, модели показали несколько эпизодических теплых периодов продолжительностью «около 40 миллионов лет» каждый во время Ноахийского и Гесперийского периодов Марса, которые длились между 4 и 3 миллиардами лет назад. Модели также показали, как эти теплые и влажные периоды были обусловлены процессами гидратации коры. По мнению гарвардской исследовательской группы, когда происходит этот процесс, марсианская атмосфера постоянно пополняется достаточным количеством водорода, чтобы поддерживать устойчивые теплые периоды, длящиеся миллионы лет.
Примечательно, что исследователи также смоделировали несколько других условий на древнем Марсе и представили эти альтернативы в исследовании. По словам исследователей, эти изменения включают моделирование роли CO и CO2, которую они могли сыграть в смене холодных и теплых периодов на древнем Марсе.
«Мы определили временные шкалы для всех этих изменений», — говорит Адамс. «И мы описали все части в одной фотохимической модели».
Хотя новая работа основана на компьютерных моделях, команда исследователей из Гарварда утверждает, что образцы, собранные марсоходом Mars Perseverance, позволят им проверить теоретические изотопные соотношения с теми, которые присутствуют в реальных марсианских породах. Команда также отмечает, что отсутствие тектоники плит на Марсе оставило поверхность планеты в том же состоянии, в каком она была миллиарды лет назад, что позволит получить уникальные возможности для изучения, как только образцы окажутся в их руках.
«Это отличный пример того, как планеты могут эволюционировать с течением времени», — говорит Адамс.
В заключении исследования ученые говорят, что их работа может предложить новый инструмент, который поможет окончательно решить загадку воды и жизни на древнем Марсе. Они также считают, что их результаты могут дать новое представление об условиях, которые могли поддерживать пребиотическую химию, «основу последующей жизни, какой мы ее знаем», во время различных теплых и холодных циклов на Марсе.
